Comportamiento Aerodinámico de una Bicicleta

El roce aerodinámico se produce por la colisión entre el móvil, en este caso la bicicleta con el ciclista, y las moléculas que componen el aire. Esto produce una fuerza normal a la superficie de choque. Cuanto mayor sea la rapidez del ciclista mayor será la fuerza normal que se ejerce.

Para la fuerza de roce aerodinámico la ecuación que aproxima bien la realidad es donde, A es la superficie de contacto entre el aire y la bicicleta-ciclista, "v" es la rapidez que lleva la bicicleta-ciclista y K es una constante de proporcionalidad.

Figura N°1 muestra que los cuerpos tubulares, experimentan una resistencia aerodinámica media.
Figura N°2 muestra la forma de ala de avión que minimiza la resistencia aerodinámica.
Figura N°3 muestra cómo los objetos planos con aristas marcadas, como una caja, experimentan una elevada resistencia al avance.

Por lo tanto de la ecuación notamos que a mayor área de contacto normal al aire y a mayor velocidad del móvil, la Fuerza de Roce Aerodinámico, aumenta lineal y exponencial respectivamente. Esto es el empuje del viento sobre una superficie plana perpendicular a él.

Es decir, la resistencia del aire es directamente proporcional a la superficie y al cuadrado de la velocidad.
compuesto por bicicleta-ciclista puede estudiarse de forma aproximada con la fórmula anterior, ya que gran parte de la bicicleta está construida por tubos cilíndricos como los neumáticos, los rayos, el marco y, en el caso del ciclista la cabeza, el cuello, los brazos, las piernas y el tronco pueden aproximarse a formas geométricas cilíndricas.

Así, en la ecuación de empuje del aire que expresamos anteriormente, sería la rapidez relativa del móvil con respecto al aire, y la superficie del móvil expuesta al aire.
Por ejemplo, para los ciclistas de competición en carreras contrarreloj se utilizan cascos que han sido modificados para alcanzar el diseño actual, en donde se ven redondeados en el frontal y puntiagudos en la parte occipital. Esto trata una cuestión aerodinámica con el objetivo de optimizar el rendimiento del móvil, en este caso de la bicicleta-ciclista, minimizando la resistencia al aire optando por la geometría del ala de avión.
La bicicleta es un móvil que esta compuesto en su mayoría por tubos de aluminio o algún otro metal liviano. Para este caso si se trata de una superficie cilíndrica convexa, como la de un tubo, la fuerza ejercida es el 60% del valor dado por la fórmula anterior.

Esto se debe principalmente a que en una superficie tubular el empuje solo cuenta en su componente perpendicular a la dirección del viento.

En la actualidad para analizar la acción real del viento sobre diferentes cuerpos se hacen ensayos en el túnel de viento (o túnel aerodinámico), ya que las fuerzas que afectarán al cuerpo en cuestión depende de la forma física del cuerpo.

En nuestro caso de un móvil compuesto por bicicleta-ciclista puede estudiarse de forma aproximada con la fórmula anterior, ya que gran parte de la bicicleta está construida por tubos cilíndricos como los neumáticos, los rayos, el marco y, en el caso del ciclista la cabeza, el cuello, los brazos, las piernas y el tronco pueden aproximarse a formas geométricas cilíndricas.

Así, en la ecuación de empuje del aire que expresamos anteriormente, sería la rapidez relativa del móvil con respecto al aire, y la superficie del móvil expuesta al aire.

Por ejemplo, para los ciclistas de competición en carreras contrarreloj se utilizan cascos que han sido modificados para alcanzar el diseño actual, en donde se ven redondeados en el frontal y puntiagudos en la parte occipital. Esto trata una cuestión aerodinámica con el objetivo de optimizar el rendimiento del móvil, en este caso de la bicicleta-ciclista, minimizando la resistencia al aire optando por la geometría del ala de avión.

Ahora teniendo en cuenta la importancia que tiene la forma geométrica del ala de avión en la minimización del roce aerodinámico, si observamos el móvil en planta (desde arriba), veremos que al desplazarse en el aire convendrá que lo haga lo más cercano a esta forma geométrica.

En la Figura N°5 observamos como la geometría en planta del móvil se asimila mejor al ala de un avión que el de la geometría tradicional de una bicicleta (Figura N°6) que tiende a ser más puntiaguda adelante, totalmente al contrario de lo descrito anteriormente.

Para darnos cuenta de lo importante que es la resistencia del aire mostramos los siguientes datos encontrados en experimentos anteriores: Al moverse en una superficie plana a 29 kilómetros por hora, el 80 por ciento de la potencia generada por la persona se gusa para vencer la resistencia que ejerce el aire. Esto lleva definitivamente a la conclusión, que para mejorar el desempeño de un ciclista estándar, hay que mejorar primero la aerodinámica del sistema bicicleta-ciclista.